单片机测控系统软件抗干扰技术分析研究.pdf

1/16 单片机测控系统软件抗干扰技术研究摘要：软件抗干扰措施是单片机测控系统硬件抗干扰措施的一个补充和延伸,具有简单、灵活、方便、耗费硬件资源少及容易实现等特点。软件抗干扰技术的使用会显著提高系统的可靠性。本文着重讨论了测控系统中的软冗余技术、软件陷阱技术以及“看门狗”数字滤波技术，重点介绍了实时测控系统软件运行的自监视法和互监视法，并给出了软件抗干扰的其他一般方法。1绪论单片机测控系统设计中，对软件有以下几个方面的基本要求：(1可维护性：要求尽可能地采用模块化设计，程序流程清晰明了，最大限度地控制使用和调用嵌套次数；(2可理解性：软件源代码应注意加注提示内容，一般应不少于整个代码行数的60，使其易于理解和阅读，便于修改和补充；(3实时性：随着集合度和运算速度的提高，实时性已经成为测试系统对软件的普遍要求，在工程应用软件设计中，采用汇编语言要比采用高级语言更具有实时性；(4准确性：系统要求在进行大量运算时，要选取合适的算法，以便控制最后结果的精度；(5可靠性：可靠性是测控软件最重要的指标之一，他要求两方面的内容：一方面是运行参数环境发生变化时(如电压在规定2/16 范围内出现较大波动，软件都能可靠运行并得出正确的结果，也就是软件的自适应性；另一方面是在工作环境恶劣，干扰环境复杂严重的情况下，软件必须保证可靠运行，这对测控软件尤为重要。为了保证以上两方面的要求，就必须使用多种抗干扰技术。2单片机软件抗干扰技术及一般方法2.1 简 介软件抗干扰技术是当系统受干扰后，使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。此技术属于一种被动抗干扰措施，但是由于软件抗干扰设计灵活，节省硬件资源，操作起来方便易行，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。软件抗干扰技术主要研究的方面：(1采取软件的方法对叠加在模拟输入信号上的噪声进行抑制，以读取真正有用的信息，如数字滤波器；(2在程序受到干扰跑飞 的情况下，采取措施使程序回到正常的轨道上来，常见的抗干扰技术有：软件拦截技术(软件陷阱等；输人口信号重复检测方法；输出口数据刷新；数字滤波；(3程序具有自检功能。2.2软件拦截技术2.2.1 NOP指令使用单片机中最容易受到干扰的是内部程序计数器-PC的值，当受到干扰时，PC值被改变，CPU误将程序从正确位置跳转到无意义区域，导致程序运行出错。文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 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目前常用的方法是在对程序走向有重要作用的指令(RET，LCALL，SJMP，JC，LJMP，ACALL 等之前加人 23个单字节的NOP指令，当失控的程序遇到该指令后得到调整，使接下来的程序得以正常执行。从实际使用过程中总结可知，应尽量多的使用NOP指令，而且发现NOP指令成对使用时，能起到比较满意的抗干扰效果。2.2.2 软件陷阱(1未使用的中断区对于未使用的中断源因干扰而开放，从而直接影响软件的正常工作的中断源，采用的方法一般是在对应的中断服务地址入口处设置软件陷阱，使其跳转到程序入口，通常的软件陷阱设置如下面的程序：0RG 0003H LJMP 0000H；主程序入口而在实际使用中，此种处理方法并不合适，特别是在系统联试中，突然重新执行程序的情况应尽量避免。实际处理应该是让其进入一个信息处理程序，并显示相关信息。这样做既可以使程序捕捉到错误的中断后，及时离开，又可以根据相关信息快速定位便于实验顺利进行。如程序所示，只有定时器T0中断开放，对于可能影响程序的中断，如外部中断、定时器T1中断，在其中断地址人口，均加上了软件陷阱，使其跳转到ER38这个故障处理程序，从而避免程序的跑飞，也便于判断程序的走向。(2未使用的 EPROM 空间文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 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输入口信号重复检测方法对于重要开关量输入信号的检测，实际应用中一般采用3次或5次重复检测的方法，即对接口中的输人数据信息进行重复进行3次或 5次检测，若结果完全一致则认为是真的输入信号，若多次测试结果不一致，即可以停止检测显示故障信息，又可以重复进行再检测。对于软件测量而言，输入量干扰大多数是叠加到有效信号上的一系列作用时间短的尖脉冲，但是频率不一致，因此应在相邻文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 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值滤波法等，经过对不同滤波法的实际使用和实验验证，认为采用防脉冲干扰平均值滤波法，抗干扰效果比较明显。普通的平均值滤波，在干扰十分严重的场合，所得到的平均值中干扰的成分仍比较大，不易消除由于脉冲干扰而引起的误差。而防脉冲干扰平均值滤波是在采集的N个数据中，去掉数据中的最大值和最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。在实际应用中，此法主要是用在AD 值的检测上，由于外场设备中AD 采集值判定，直接影响此设备能否投入使用，所以对所采AD值的可靠性要求高，采用此滤波法后，通过仿真可以清楚看出，在某些特定的情况下，AD 采集值波动较大，但此法可以有效地避免了CPU对采集值的误判，使软件得以可靠运行。此程序完成的主要功能是调用A/D 测量输入子程序ACD，将循环采集的 6个AD值，放在 70H至75H的寄存器中，RO为记录采集次数，70H和75H分别放置最大值和最小值，去除最大值和最小值后，将其余4个值求算术平均数，以得到的值为最终AD 采集值放在 68H寄存器中。2.2.6 程序自检程序自检是提高测控软件可靠性的有效方法之一。在实际应用中，自检程序主要是对单片机系统的主要器件如8031的I/O口、外部扩展的可编程I/O接VI 芯片、A/D 器件、ROM 器件等进行检测，如出现故障能够给出故障部位。因此自检程序不但可以了解与测试相关外设的工作情况，而且可避免因外设原因而使测控系统不能正常工作的干扰。2.3实时控制软件运行过程中的自监视法文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 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8155中定时器的外部时钟输入；*8155定时器的定时值稍大于主程序的正常循环时间；*在主程序中，每循环一次，对8155定时器的定时常数进行刷新；*在主控程序开始处，对硬件复位还是定时中断产生的自动恢复进行分类判断处理。然而，这并不等于万无一失。例如，Watchdog电路本身失效；设置Watchdog的指令正好在取指令时被干扰而读错；Watchdog“发现”程序跑飞之后，其产生的复位脉冲或者NMI 申请信号正好被干扰而没奏效等等。虽然以上的导致Watchdog失效的因素的几率很小，但总是存在的。另一个方面，还有相当数量的文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 ZJ6S10K6L5E1文档编码:CE6N2C6Z6D5 HL5L4N6A8K2 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